化工原理課程設(shè)計(jì)煤油冷切器的設(shè)計(jì)

1、專 業(yè):班 級(jí)：指導(dǎo)老師：姓 名：學(xué) 號(hào)：摘 要換熱器是將熱流體的部分熱量傳遞給冷流體的設(shè)備，以實(shí)現(xiàn)不同溫度流體間的熱能傳遞，又稱熱交換器。換熱器是實(shí)現(xiàn)化工生產(chǎn)過程中熱量交換和傳遞不可缺少的設(shè)備。在換熱器中，至少有兩種溫度不同的流體，一種流體溫度較高，放出熱量；另一種流體則溫度較低，吸收熱量。在化工、石油、動(dòng)力、制冷、食品等行業(yè)中廣泛使用各種換熱器，且它們是上述這些行業(yè)的通用設(shè)備，占有十分重要的地位。隨著我國工業(yè)的不斷發(fā)展，對(duì)能源利用、開發(fā)和節(jié)約的要求不斷提高，對(duì)換熱器的要求也日益增強(qiáng)。換熱器的設(shè)計(jì)制造結(jié)構(gòu)改進(jìn)以及傳熱機(jī)理的研究十分活躍，一些新型高效換熱器相繼問世。根據(jù)不同的目的，換熱器可以是

2、熱交換器、加熱器、冷卻器、蒸發(fā)器、冷凝器等。由于使用條件的不同，換熱器可以有各種各樣的形式和結(jié)構(gòu)。在生產(chǎn)中，換熱器有時(shí)是一個(gè)單獨(dú)的設(shè)備，有時(shí)則是某一工藝設(shè)備的組成部分。本設(shè)計(jì)針對(duì)煤油冷卻的問題設(shè)計(jì)一換熱器。通過對(duì)江西地區(qū)水資源情況、常年氣溫情況、水價(jià)、水質(zhì)等綜合考慮，最后確定冷卻水的用量、進(jìn)出口溫差等。并根據(jù)工藝過程所規(guī)定的條件，如傳熱量、流體的熱力學(xué)參數(shù)以及在該參數(shù)下的物性進(jìn)行熱力學(xué)和流體力學(xué)計(jì)算。經(jīng)過優(yōu)化，使設(shè)計(jì)的換熱設(shè)備具有盡可能小的傳熱面積，在單位時(shí)間內(nèi)傳遞盡可能多的熱量。關(guān)鍵詞： 換熱器，選型，工藝設(shè)計(jì)，核算 化工原理課程設(shè)計(jì)任務(wù)書一 設(shè)計(jì)題目：煤油冷卻器的設(shè)計(jì) 二 設(shè)計(jì)目的：通過對(duì)

3、煤油冷卻的列管式換熱器設(shè)計(jì)，達(dá)到讓學(xué)生了解該換熱器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，并能根據(jù)工藝要求選擇合適的類型，同時(shí)還能根據(jù)傳熱的基本原理，選擇流程，確定換熱器的基本尺寸，計(jì)算傳熱面積以及計(jì)算流體阻力三設(shè)計(jì)任務(wù)及操作條件： 1.處理能力：（21.6104）噸/a煤油 2.設(shè)備型式：列管式換熱器 3操作條件：（1） 煤油入口溫度140，出口溫度40；（2） 冷卻介質(zhì)：循環(huán)水，入口溫度22，出口溫度40；（3） 允許壓強(qiáng)降不大于100 kpa；（4） 煤油定性溫度下的物性數(shù)據(jù)；密度為825kg/m3；粘度為：7.510-4pa.s；比熱容為：2.22kj/（kg. ）；導(dǎo)熱系數(shù)為：0.14w/（m. ）；（5）每年

4、按300天計(jì)，每天24小時(shí)連續(xù)運(yùn)行。4.建廠地址：江西地區(qū)四設(shè)計(jì)內(nèi)容(1)設(shè)計(jì)計(jì)算列式換熱器的熱負(fù)荷，傳熱面積，換熱管，殼體，管板，封頭，隔板及接管等（2）繪制列式換熱器的裝配圖（3）編寫課程設(shè)計(jì)說明書五課程設(shè)計(jì)說明書的內(nèi)容 設(shè)計(jì)說明書中應(yīng)包括所有論述，原始數(shù)據(jù)，計(jì)算，表格等，編排順序如下：（1）標(biāo)題頁（2）設(shè)計(jì)任務(wù)書（3）目錄（4）設(shè)計(jì)方案簡介（5）確定物性數(shù)據(jù)（6）主要工藝參數(shù)（熱負(fù)荷，平均溫差，總傳熱系數(shù)換熱面積等傳熱面積）（7）壓強(qiáng)核算（8）設(shè)計(jì)結(jié)果概要或設(shè)計(jì)一覽表（9）設(shè)計(jì)結(jié)果評(píng)價(jià)（10）附圖（工藝流程簡圖，主體設(shè)備工藝條件圖）（11）參考文獻(xiàn)目 錄一設(shè)計(jì)方案簡介- 6 -1.選擇換

5、熱器的類型- 6 -2.管程安排- 6 -3.確定物性數(shù)據(jù)- 6 -二主要工藝參數(shù)計(jì)算- 7 -1.熱負(fù)荷- 7 -2.平均溫差- 7 -3初選換熱器的規(guī)格- 8 -（1）傳熱面積計(jì)算- 8 -（2）實(shí)際傳熱面積- 8 -4. 核算總傳熱系數(shù)- 8 -（1）管程對(duì)流傳熱系數(shù)- 8 -（2）殼程對(duì)流傳熱系數(shù)- 9 -（3）污垢熱阻- 10 -（4）總傳熱系數(shù)- 10 -三附件的選擇- 11 -1.封頭- 11 -2.隔板- 11 -3.導(dǎo)流筒- 11 -4.放氣孔、牌液孔- 11 -5.拉桿和定距管：- 11 -6.接管- 12 -7.管板- 12 -四壓強(qiáng)核算- 13 -1.管程壓強(qiáng)降- 13

6、 -2.殼程壓強(qiáng)降- 14 -五設(shè)計(jì)一覽表- 15 -六符號(hào)說明- 16 -七設(shè)計(jì)結(jié)果評(píng)價(jià)18八附 圖191.工藝流程簡圖圖192.主體設(shè)備工藝條件圖19九參考文獻(xiàn)20一設(shè)計(jì)方案簡介1.選擇換熱器的類型冷卻水進(jìn)口溫度22，冷卻水兩端溫度差為18.出口溫度為40。熱流體進(jìn)口溫度140,出口溫度40。冬季操作時(shí)進(jìn)口溫度會(huì)降低，該換管壁溫和殼體壁溫之差較小。t-t=(140+40)/2-（22+40)/2=5950。需要考慮熱補(bǔ)償，因此初步確定選用帶補(bǔ)償圈的固定管板式換熱器。2.管程安排由于江西的水的硬度比較大較易結(jié)垢，為便于水垢清洗，應(yīng)使循環(huán)水走管程，煤油走殼程。選用的碳鋼管。3.確定物性數(shù)據(jù)定性

7、溫度：取流體進(jìn)出口溫度的平均值殼程流體的定性溫度 t=管程流體的定性溫度 t=根據(jù)設(shè)計(jì)條件殼程流體的物性數(shù)據(jù)： 密度 =825 kg/ 定壓比熱容 =2.22kj/(kg.) 黏度 =0.000715p.s 導(dǎo)熱系數(shù) =0.140w/(m.)根據(jù)定性溫度查附錄得管程流體的物性數(shù)據(jù)：密度 kg/定壓比熱容 導(dǎo)熱系數(shù) 粘度 二主要工藝參數(shù)計(jì)算1.熱負(fù)荷w= kg/h 1850000w2.平均溫差 查得：; 3初選換熱器的規(guī)格（1）傳熱面積計(jì)算根據(jù)兩流體的情況，先假設(shè)k=340），故 由于50,因此需要考慮熱補(bǔ)償。（2）實(shí)際傳熱面積換熱器系列標(biāo)準(zhǔn)中選定帶補(bǔ)償圈的固定管板式換熱器。其有關(guān)參數(shù)如下： 殼

8、徑：700mm 管程數(shù)：2 公稱壓力：2.5mpa 公稱面積：210.5 管徑： 管長：4.5m 總管數(shù)：342 管子排列方法：正三角形排列 管程流通面積：0.0537 中心距：32mm選圓缺型，切去的弓形高度為外殼內(nèi)徑d的25%擋板為所選換熱器的折流擋板，間距(h)按系列標(biāo)準(zhǔn)取h=150mm.換熱器實(shí)際傳熱面積：4. 核算總傳熱系數(shù)（1）管程對(duì)流傳熱系數(shù) 管中水的質(zhì)量流量為水的體積流量為普朗特準(zhǔn)數(shù) （2）殼程對(duì)流傳熱系數(shù) 取換熱管列管中心距t=32mm,折流導(dǎo)板間距h取150mm，則換熱器中心附近管排中流體流通截面積為： 由于管為三角形排列，則當(dāng)量直徑為： （湍流）因?yàn)樵诜秶鷥?nèi)，故可采用凱恩

9、（kern）法求算，即 普朗特準(zhǔn)數(shù) 由于液體被冷卻取，所以（3）污垢熱阻根據(jù)流體的實(shí)際情況查得污垢熱阻為： （4）總傳熱系數(shù)(由于管壁熱阻相比較流體熱阻非常小，可以忽略) 選用換熱器時(shí)，要求過程的總傳熱系數(shù)為344.7,在傳熱任務(wù)所規(guī)定的流動(dòng)條件下，計(jì)算出的,所選擇的換熱器的安全系數(shù)為： 則該換熱器符合要求。三附件的選擇1.封頭 封頭有方形和圓形兩種，方形用于直徑小的殼體，圓形用于大直徑的殼體。殼徑為700mm，選用圓形封，曲面高度。2.隔板 為防止殼程流體進(jìn)入換熱器時(shí)對(duì)管束的沖擊，可在進(jìn)料管口裝設(shè)緩沖擋板。長度可選取120mm，厚度為6mm。3.導(dǎo)流筒 殼程流體的進(jìn)、出口和管板間必存在有一段

10、流體不能流動(dòng)的空間（死角），為了提高傳熱效果，常在管束外增設(shè)導(dǎo)流筒，使流體進(jìn)、出殼程時(shí)必然經(jīng)過這個(gè)空間。4.放氣孔、牌液孔 換熱器的殼體上常安有放氣孔和排液孔，以排除不凝氣體和冷凝液等。5.拉桿和定距管：為了使折流板能夠牢靠的保持在一定的位置上，通常采用拉桿和定距管。按照選用規(guī)則，拉桿直徑是12mm，根數(shù)是8根，定距管。6.接管 換熱器中流體進(jìn)、出口的接管直徑按下式計(jì)算 式中 流體的體積流量, u 流體在接管中的流速，m/s 流速的經(jīng)驗(yàn)值對(duì)液體可取為：u =1.52 m/s。選取u=1.5m/s冷卻水接管煤油進(jìn)出口接管：取接管內(nèi)煤油流速為，則接管內(nèi)徑為：7.管板 厚度為58mm，pn:2.5m

11、pa。四壓強(qiáng)核算1.管程壓強(qiáng)降 其中：分別為直管彎道中因摩擦阻力引起的壓強(qiáng)降 結(jié)垢校正因數(shù)，對(duì)于的換熱管 殼程數(shù)，此處為1 管程數(shù)，此處為2 （湍流）取管壁粗糙度為，則相對(duì)粗糙度為由摩擦系數(shù)圖查得：所以 由經(jīng)驗(yàn)公式得： 2.殼程壓強(qiáng)降 式中 分別為流體橫過管束的壓強(qiáng)降和通過折柳擋板缺口的壓強(qiáng)降 殼程壓強(qiáng)降的結(jié)垢后校正因數(shù)，此處取為1.15 式中f管子排列方式對(duì)壓強(qiáng)降的校正因數(shù)， 由于此處管子為正三角形排列，所以取0.5 殼程流體的摩擦系數(shù)，時(shí) 折流擋板數(shù) 折流擋板間距，取150mm 按殼程流通截面積計(jì)算的流速 橫過管束中心線的管數(shù) 此處 (n為總管數(shù)) 即 折流板數(shù) 殼程流通截面積 所以 由上

12、，表明管程和殼程壓強(qiáng)降都能滿足生產(chǎn)要求五設(shè)計(jì)一覽表換熱器的形式 固定管板式管口表換熱面積 130.10符號(hào)尺寸用途連接方式工藝參數(shù)a190冷卻水出口法蘭平面名稱管程殼程b110煤油的入口法蘭凹面物料名稱自來水煤油c20放氣口法蘭凹面操作壓力mpa0.050.05d110煤油出口法蘭凸面操作溫度3190e20排凈口法蘭凸面流量kg/h141316.527500f190冷卻水入口法蘭平面流體密度995.7825附簡圖流速0.73430.403傳熱量w 1850000總傳熱系數(shù) 459.3對(duì)流傳熱系數(shù)3580.8815.423污垢系數(shù)3.43941.7197流動(dòng)阻力7666.616程數(shù)21材質(zhì)碳鋼碳

13、鋼管的規(guī)格規(guī)格管數(shù) 342管長 4.5m管間距32mm排列方式等邊三角形折流版型式圓缺形間距150mm切口高度150mm殼體內(nèi)徑700mm保溫層的厚度10六符號(hào)說明19 英文字母 q熱量 kw平均傳熱溫差 質(zhì)量流量 v體積流量 定壓比熱容 t熱流體溫度 t冷流體溫度 s 傳熱面積 q傳熱速率 w估計(jì)傳熱面積 實(shí)際傳熱面積 換熱器傳熱總管數(shù)溫度校正系數(shù)結(jié)構(gòu)校正系數(shù)殼程壓強(qiáng)降的結(jié)垢校正系數(shù)f管子排列方法對(duì)壓強(qiáng)降的校正數(shù)串聯(lián)的殼程數(shù)管程數(shù)單程傳熱管數(shù)d管徑 m體積流量u流速 殼程流體的摩擦系數(shù)f校正系數(shù)b擋板間距 m擋板數(shù)目h折流板圓缺高度 mk總傳熱系數(shù) l單程長度 ml 換熱器管長 m p壓強(qiáng)

14、pa當(dāng)量長度 md換熱器內(nèi)徑 mmre雷諾準(zhǔn)數(shù)pr普朗特準(zhǔn)數(shù)p r因數(shù)污垢熱阻 對(duì)流傳熱系數(shù) 導(dǎo)熱系數(shù) 粘度 粗糙度 密度 系數(shù)下標(biāo)熱流體冷流體管內(nèi)管外s污垢t傳熱溫度差七設(shè)計(jì)結(jié)果評(píng)價(jià)通過這次學(xué)習(xí)我深切地感受到“學(xué)以致用”的重要性和艱難程度，我們隨口所說的“理論聯(lián)系實(shí)踐”，做起來需要的不僅僅是考試的成績，還需要扎實(shí)的理論功底、查閱文獻(xiàn)獲得所需信息的基本功、客觀問題和解決方案的分析綜合能力以及動(dòng)手能力等諸多缺一不可的能力的綜合應(yīng)用。因此，我們應(yīng)永遠(yuǎn)保持謙虛謹(jǐn)慎的學(xué)習(xí)態(tài)度和注重自身各項(xiàng)能力的培養(yǎng)。我還學(xué)會(huì)了如何根據(jù)工藝過程的條件查找相關(guān)資料，并從各種資料中篩選出較適合的資料，根據(jù)資料確定主要工藝流

15、程，主要設(shè)備，及計(jì)算出主要設(shè)備及輔助設(shè)備的各項(xiàng)參數(shù)及數(shù)據(jù)。了解到了工藝設(shè)計(jì)計(jì)算過程中要進(jìn)行工藝參數(shù)的計(jì)算。通過設(shè)計(jì)不但鞏固了對(duì)主體設(shè)備圖的了解，還學(xué)習(xí)到了工藝流程圖的制法。通過本次設(shè)計(jì)不但熟悉了化工原理課程設(shè)計(jì)的流程，加深了對(duì)冷卻器設(shè)備的了解，而且學(xué)會(huì)了更深入的利用圖書館及網(wǎng)上資源，對(duì)前面所學(xué)課程有了更深的了解。但由于時(shí)間較為倉促，查閱的文獻(xiàn)有限，本次設(shè)計(jì)還有很多不完善的地方。為高分子材料與工程專業(yè)的學(xué)生，我深知化工原理是一門非常重要的專業(yè)基礎(chǔ)課程，進(jìn)行適當(dāng)?shù)脑O(shè)計(jì)訓(xùn)練對(duì)于加深我對(duì)課程的理解是非常重要和有意義的。這是第一次做化工原理課程設(shè)計(jì)，通過本次設(shè)計(jì)，我認(rèn)為自己已經(jīng)初步掌握化工設(shè)計(jì)的一些基本知識(shí)了。這次設(shè)計(jì)訓(xùn)練中，我最大的收獲是對(duì)說學(xué)專業(yè)的認(rèn)識(shí)進(jìn)一步加深、學(xué)習(xí)目的的進(jìn)一步明確、學(xué)習(xí)方法的初步掌握。八附 圖1.工藝流程簡圖圖冷卻循環(huán)水與煤油在設(shè)計(jì)的換熱器中進(jìn)行熱交換，煤油由初溫140降溫至，40冷卻循環(huán)水由初溫升22溫至40。2.主體設(shè)備工藝條件圖九參考文獻(xiàn)